柴油發動機排氣歧管淌油試驗方法研究與應用

陳曦 唐巨惠 楊俊 劉堯武 解亮

摘要：柴油發動機在設計開發過程中，由于零件的設計變更，需要進行臺架試驗對其可靠性進行驗證。為驗證由于氣閥桿油封或動力缸（活塞、活塞環、缸套）等零件的設計變更而引起的對發動機封油能力的影響，本文介紹了一種排氣歧管淌油試驗方法。在發動機長時間低怠速工況下，通過觀察排氣歧管機油泄漏的程度以及排查缸蓋排氣口機油泄漏的來源，以指導相關零件的設計改進。

關鍵詞：柴油發動機;淌油;試驗方法

中圖分類號：S219.031? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0061-02

0? 引言

柴油發動機在低怠速運轉時，發動機的工作溫度比較低，燃油燃燒不完全，容易形成積碳，并且未完全燃燒的燃油會洗刷缸壁，將潤滑油稀釋，造成活塞、活塞環與氣缸壁的磨損加劇[1];同時，機油溫度低，粘性高，流動性不好，不能夠為各摩擦表面提供良好的潤滑，同樣會加劇磨損[2]。嚴重磨損的活塞環和缸壁封油能力減弱，機油會竄入燃燒室隨著排氣漏出。另一方面，柴油發動機低怠速空轉，機體溫度低，各部位達不到正常機體溫度時的膨脹狀態，各接合面壓力相對減弱，發動機容易出現機油泄漏的情況[3]。

為了驗證動力缸等零件封油的可靠性，本文介紹了一種排氣歧管淌油試驗方法，用以評判發動機在長時間低怠速工況下，排氣中機油的泄漏程度以及泄漏來源，為柴油發動機開發過程中相關零件的設計改進提供參考方向。

1? 試驗方法介紹

第一步：將發動機安裝在合適的有運行額定轉速和負荷能力的臺架上，移除后處理系統（運行該試驗時，很多機油或灰分可能進入后處理系統。因此，除非有保護措施，否則后處理系統需要移開）。清潔發動機排氣側，確保在試驗前發動機沒有出現油漬，以便任何泄漏都能夠很容易被觀察到。在發動機下面放置一塊干凈的墊子，一些沒有被發現的泄漏會顯示在墊子上。

第二步：如果發動機沒有磨合，在試驗之前至少需要運行100小時的磨合試驗。研究顯示，一些新的發動機（或是舊發動機，但配備的是新的動力缸系統組件）試驗時不會出現排氣泄漏物，但在動力缸系統組件磨合過程中會逐漸出現泄漏物。當新的動力缸系統組件沒有完成磨合而運轉該試驗時，泄漏物會存在一些顯著的偏差。

第三步：起動發動機并熱機后，按照如下條件在額定點運行30分鐘：①進氣歧管溫度46±2℃;②燃油溫度38±5℃;③出水溫度88±5℃。發動機在此條件下運行是為了使排氣溫度足夠高以便燒掉存在于排氣系統內部的機油，確保機油是在后續低怠速工況運轉下出現而不是先前遺留，保證試驗結果的一致性。

第四步，測功機需要從發動機獲得一些慣性力，可能會影響排氣泄漏，如果更接近實際道路情況，最好將發動機與測功機脫開。

第五步：將發動機調至低怠速，無負荷運行12個小時。

第六步：停機檢查所有排氣系統外部的機油泄漏，按照如表1評價方法對所有泄漏進行等級評定，2級或以上則判定為失效。

第七步：移除排氣歧管，大多數情況下，排氣歧管和增壓器可以作為一體拆下，這樣可以減少工作量。要確保在拆除排氣歧管前后，沒有油泄漏到排氣歧管上，否則會在確定油的來源上增加難度。

第八步：檢查排氣管和增壓器，確定泄漏的位置。核實在增壓器出口處沒有單獨的機油沉積，那增壓器就不是排氣機油泄漏的源頭。如果機油出現在增壓器內，但在排氣管后沒有機油流過的痕跡，就表明機油泄漏來自增壓器。

第九步：拍照記錄缸蓋排氣口機油位置，確定判定為失效的排氣口機油泄漏的來源。缸蓋排氣口泄漏等級評價參考表2，3級以上則判定為失效。

2? 試驗方法應用

2.1 試驗對象

某型非道路三階段柴油發動機活塞環和缸套進行了設計優化，為驗證其優化后對動力缸封油能力的影響，需要通過排氣歧管淌油試驗的考核，發動機主要參數見表3。

2.2 試驗方案

排查泄漏來源時，可根據缸蓋排氣口泄漏程度靈活調整低怠速工況運行時間，以保證淌油的發生處在初期，剛剛表現出趨勢。若缸蓋排氣口淌油嚴重，呈現“全濕”的狀態，則適當縮短低怠速工況時間，使泄漏程度減弱;若缸蓋排氣口淌油還未發生，呈現“全干”的狀態，則適當增加低怠速工況時間，使泄漏程度增加。

2.3 試驗結果及分析

按照試驗方法依次進行第一至第九步，檢查排氣系統外部泄漏，如圖1所示。根據表1泄漏等級評價，對排氣歧管及增壓器法蘭面密封情況進行泄漏等級評價，并未出現任何漏油跡象，泄漏等級為0級，小于2級泄漏，通過本次試驗考核。

移除排氣歧管后，檢查排氣口機油泄漏情況，如表4所示。根據表2排氣口泄漏等級判定標準，對試驗后缸蓋排氣口泄漏等級進行判定，4缸整個排氣口內可見機油淌出，且在排氣歧管密封帶形成完整的環形油跡，泄漏等級判定為6級，未通過試驗考核。因4缸排氣口“全濕”，泄漏來源無法確認，故需縮短低怠速工況時間。

重新運行第三步將發動機排氣系統內機油燒盡，低怠速運行2小時，移除排氣歧管，檢查4缸機油泄漏來源，如圖2所示，可以明顯觀察到機油泄漏來源于氣閥桿油封和動力缸。

3? 結論

本文介紹了一種柴油發動機排氣歧管淌油試驗方法，結合具體試驗案例，詳細介紹了試驗運行步驟以及試驗結果評價方法。若試驗后排氣口泄漏嚴重，泄漏來源無法查明，可重新燒盡及機油后，適當縮短低怠速的工況時間，在泄漏剛剛發生且不致使排氣口全濕的前提下，使得泄漏來源清晰明了。

參考文獻：

[1]孟繁涼.發動機氣缸、活塞及活塞環早起磨損的預防措施[J].農機使用與維修，2016（12）：57.

[2]衛紹元.發動機潤滑油品質對發動機磨損影響的分析[J].潤滑與密封，2002（2）：88.

[3]李興發，等.礦用柴油機低怠速運轉的危害[J].科技資訊，2012（2）：111.